イーサリアム（ETH）のトランザクション速度改善策徹底解説
イーサリアムは、分散型アプリケーション（DApps）を構築するための主要なプラットフォームとして、その地位を確立しています。しかし、その普及を阻む要因の一つとして、トランザクション速度の問題が挙げられます。本稿では、イーサリアムのトランザクション速度を改善するための様々な策について、技術的な詳細を含めて徹底的に解説します。
1. イーサリアムのトランザクション速度の現状
イーサリアムのトランザクション速度は、一般的に1秒あたり約15トランザクション（TPS）とされています。これは、VisaやMastercardなどの従来の決済システムと比較すると、著しく低い数値です。この低速さの原因は、イーサリアムのコンセンサスアルゴリズムであるProof of Work（PoW）にあります。PoWでは、トランザクションをブロックに含めるためには、複雑な計算問題を解く必要があり、この計算に時間がかかるため、トランザクションの処理速度が制限されます。また、ネットワークの混雑時には、トランザクション手数料（ガス代）が高騰し、トランザクションの遅延を招くこともあります。
2. トランザクション速度改善策：レイヤー2ソリューション
イーサリアムのトランザクション速度を改善するための主要なアプローチの一つが、レイヤー2ソリューションの導入です。レイヤー2ソリューションとは、イーサリアムのメインチェーン（レイヤー1）の上で動作し、トランザクション処理の一部をオフチェーンで行うことで、メインチェーンの負荷を軽減し、トランザクション速度を向上させる技術です。代表的なレイヤー2ソリューションには、以下のものがあります。
2.1. ステートチャネル
ステートチャネルは、2者間のトランザクションをオフチェーンで行う技術です。2者は、メインチェーン上でチャネルを開設し、そのチャネル内で複数回のトランザクションを交換した後、最終的な結果のみをメインチェーンに記録します。これにより、メインチェーンの負荷を大幅に軽減し、高速なトランザクション処理を実現できます。代表的なステートチャネルの実装としては、Raiden NetworkやCeler Networkなどが挙げられます。
2.2. ロールアップ
ロールアップは、複数のトランザクションをまとめて1つのトランザクションとしてメインチェーンに記録する技術です。これにより、メインチェーンのトランザクション数を減らし、トランザクション速度を向上させることができます。ロールアップには、Optimistic RollupとZero-Knowledge Rollup（ZK-Rollup）の2種類があります。
2.2.1. Optimistic Rollup
Optimistic Rollupは、トランザクションが有効であると仮定し、不正なトランザクションがあった場合に、異議申し立て期間を設けることで、不正なトランザクションを検知する技術です。Optimistic Rollupは、比較的実装が容易であるという利点がありますが、異議申し立て期間中に資金がロックされるという欠点があります。代表的なOptimistic Rollupの実装としては、ArbitrumやOptimismなどが挙げられます。
2.2.2. Zero-Knowledge Rollup（ZK-Rollup）
ZK-Rollupは、Zero-Knowledge Proof（ZKP）と呼ばれる暗号技術を用いて、トランザクションの有効性を証明する技術です。ZK-Rollupは、異議申し立て期間を必要とせず、高速なトランザクション処理を実現できます。しかし、ZKPの計算には高度な技術が必要であり、実装が難しいという欠点があります。代表的なZK-Rollupの実装としては、zkSyncやStarkNetなどが挙げられます。
2.3. サイドチェーン
サイドチェーンは、イーサリアムのメインチェーンとは独立したブロックチェーンであり、メインチェーンと双方向の通信が可能な技術です。サイドチェーンは、メインチェーンの負荷を軽減し、特定のアプリケーションに特化したトランザクション処理を行うことができます。代表的なサイドチェーンとしては、Polygon（旧Matic Network）などが挙げられます。
3. トランザクション速度改善策：イーサリアム2.0（Serenity）
イーサリアム2.0（Serenity）は、イーサリアムの根本的なアーキテクチャを刷新する大規模なアップグレードです。イーサリアム2.0では、コンセンサスアルゴリズムをPoWからProof of Stake（PoS）に変更し、シャーディングと呼ばれる技術を導入することで、トランザクション速度を大幅に向上させることを目指しています。
3.1. Proof of Stake（PoS）
PoSは、トランザクションを検証する権利を、仮想通貨の保有量に応じて与えるコンセンサスアルゴリズムです。PoSでは、PoWのような複雑な計算問題を解く必要がないため、トランザクションの処理速度が向上します。また、PoSは、PoWよりもエネルギー効率が高いという利点もあります。
3.2. シャーディング
シャーディングは、ブロックチェーンを複数のシャード（断片）に分割し、各シャードで並行してトランザクションを処理する技術です。シャーディングにより、ブロックチェーン全体の処理能力を向上させることができます。イーサリアム2.0では、64個のシャードを導入することで、トランザクション速度を大幅に向上させることを目指しています。
4. その他のトランザクション速度改善策
上記以外にも、イーサリアムのトランザクション速度を改善するための様々な策が検討されています。
4.1. EIP-1559
EIP-1559は、トランザクション手数料の計算方法を改善する提案です。EIP-1559では、トランザクション手数料をベースフィーとプライオリティフィーに分割し、ベースフィーを自動的に調整することで、トランザクション手数料の変動を抑制し、トランザクションの遅延を軽減することを目指しています。
4.2. プロトコルレベルの最適化
イーサリアムのプロトコルレベルでの最適化も、トランザクション速度の向上に貢献します。例えば、ブロックサイズの増加や、ブロック生成間隔の短縮などが挙げられます。しかし、これらの変更は、ネットワークのセキュリティや分散性に影響を与える可能性があるため、慎重な検討が必要です。
5. 各改善策の比較と今後の展望
| 改善策 | メリット | デメリット | 実装状況 |
|—|—|—|—|
| ステートチャネル | 高速なトランザクション処理、低コスト | 2者間のトランザクションに限定 | 実装が進んでいる |
| Optimistic Rollup | 比較的実装が容易 | 異議申し立て期間中に資金がロック | 実装が進んでいる |
| ZK-Rollup | 高速なトランザクション処理、異議申し立て期間不要 | 実装が難しい | 研究開発が進んでいる |
| サイドチェーン | 特定のアプリケーションに特化したトランザクション処理 | セキュリティリスク | 実装が進んでいる |
| イーサリアム2.0 | 大幅なトランザクション速度向上、エネルギー効率向上 | 実装に時間がかかる | 段階的に実装が進んでいる |
イーサリアムのトランザクション速度改善策は、それぞれ異なる特徴と課題を持っています。現時点では、レイヤー2ソリューションが最も現実的な解決策として注目されており、様々なプロジェクトが開発を進めています。また、イーサリアム2.0の完成も、トランザクション速度の大幅な向上に貢献することが期待されます。今後は、これらの改善策が相互に連携し、より効率的でスケーラブルなイーサリアムネットワークが実現されることが望まれます。
まとめ
イーサリアムのトランザクション速度は、その普及を阻む重要な課題です。本稿では、レイヤー2ソリューションやイーサリアム2.0など、様々な改善策について解説しました。これらの改善策は、それぞれ異なるアプローチでトランザクション速度の向上を目指しており、今後のイーサリアムネットワークの発展に大きく貢献することが期待されます。イーサリアムのトランザクション速度問題の解決は、DAppsの普及を加速させ、Web3の実現に不可欠な要素となるでしょう。
